3D打印PEEK材料應用指南
魔猴君 知識堂 1933天前
PEEK是一種有機熱塑性聚合物，具有耐人尋味的力學性能，包括高溫性能、機械強度和優異的耐化學性。這使其成為適用于各種增材制造（AM）技術的可行材料。在傳統制造業中，基于PEEK的組件已經被許多行業所采用，得到了廣泛的認可。
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今天，我們就來聊聊這種機械敏感的聚合物的性能、功能、限制、常見應用。
什么是PEEK？
總部位于英國的帝國化學工業公司（ICI）在20世紀80年代推出了聚醚醚酮（PEEK）。該材料的基本形態為半結晶、高純度聚合物，其包含兩個醚基團和一個酮基的重復單體。
PEEK屬于聚酮聚合物（PAEK）家族，其家族成員還有PEK、PEEKK、PEKK或PEKEKK等。然而，由于其優異的性能和廣泛的可用性，它的光芒比其"親屬"更勝一籌，使其成為該特定聚合物群中應用最廣泛的一種。
PEEK的性質：
PEEK具有一些引人注目的特性，特別是在生產功能原型和零件時。它最重要的屬性包括：
1、高度耐受高達260°C（480°F）的極端溫度，以及耐受腐蝕性液體、氣體和高壓；
2、不溶于普通溶劑，防止水解，使其不會因高壓水或蒸汽而降解；
3、輕量化：PEEK具有1.3g/cm?的固有低比重，不到鋁的一半，是鋼的六分之一；
4、高自潤滑能力和低摩擦力；
5、出色的抗蠕變性；
6、很少消耗；
7、良好的尺寸穩定性；
8、燃燒時易燃性低，煙霧排放少；
9、卓越的絕緣阻熱性能；
10、高溫下具有優異的耐消毒性；
11、完全生物兼容。
通過將PEEK與復合材料如玻璃纖維、石墨、二硫化鉬或碳增強劑等復合材料結合，可以進一步提高這些材料的電阻率。
PEEK的局限性：
不幸的是，與增材制造領域中所有材料一樣，PEEK也有一些局限性。
首先，它必須在非常高的溫度下進行處理。PEEK的熔點為343°C（649.4°F）。
在耐化學性方面，PEEK難以抵抗氯/溴、濃硫和硝酸以及酮類和硝基苯。PEEK也會受到鹵素和鈉的侵蝕，限制了它在某些工業領域的使用。
此外，PEEK對紫外線的抵抗力低。這可以通過添加一層由特殊煤煙顆粒組成的顏料層來解決。碳填充等級提供更好的紫外線穩定性，可用于需要更高抗紫外線性質的某些應用。
總體而言，使用基于PEEK的物體和零件，技術優勢和可能性遠遠超過了材料的局限性，開辟了廣泛的應用領域，甚至可以替代金屬或鋁材等常用材料。
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PEEK的常見應用：
由于其極具吸引力的特性，PEEK已廣泛應用于汽車、航空航天、醫療和電氣工程等行業。讓我們仔細看看一些應用程序：
1、航空航天
航空航天業需要安全可靠的材料。PEEK即使暴露在高溫和腐蝕性燃料中，也保持其出色的材料性能。此外，PEEK的氟塑料摩擦系數低，適合在狹小空間內加工。
在航空航天領域中使用PEEK零件的范圍很廣，用于外部零件是因為它具有出色的抗雨水侵蝕性能，而在內部使用，則可降低火災的危險，因為它的煙霧和有毒氣體排放性低，且具有很好的阻燃性。
總體而言，聚醚醚酮正在替代飛機中越來越多的鋁和金屬零件。如夾子、高壓軟管或電線管等。這樣可以節省高達70％的重量并大幅降低燃料成本。例如，在500架飛機的機隊中，將飛機重量減少45公斤，每年便可節省高達500萬美元的燃油成本。
2、汽車
PEEK具有優異的抗疲勞和耐化學性能，因此可用于汽車燃料管理系統。由于其輕量性，它正在取代傳動、制動和空調系統中使用的各種活性金屬或鋁組件，包括活塞單元、密封件、墊圈或軸承等，這可使汽車重量和噪音顯著降低。
此外，面向老爺車的3D打印定制零件是一個快速發展的領域。它們的成本比原始部件低90％，即是說，即便已經停產的零件，它們也仍然可以獲得"老款式"的制造部件。
3、電氣工程
PEEK優異的電氣特性使其成為理想的絕緣體。憑借出色的熱性能，PEEK聚合物部件能夠承受傳統絕緣體沒有辦法承受的高溫。這些優勢及它長期運行的可靠性，以及溫度、壓力和頻率耐用性，使其可應用于海底環境控制設備或高壓水泵的連接器銷上。
此外，PEEK正在移動設備中使用。人們對更薄、更輕、更智能的移動設備的追求，使基于PEEK材料的組件大有用武之地，例如，為手機揚聲器或耳機創造了超薄膜。
4、醫療
在醫療領域，PEEK則提供了具有優異耐磨性、耐熱性、耐電性和耐化學性的經濟型創新部件。它在醫療保健領域的應用主要包括牙科器械、內窺鏡、透析器等，主要用于骨科。
PEEK雖然比鋁輕，但在3D打印時，它可以為解剖正確的假肢或植入物提供一個新的精度水平，這些假肢與植入物都是針對每個使用者的需求專門設計的。雖然還在研發期，但這一部分具有驚人的增長潛力。
例如，在牙科醫學中， PEEK用于替換牙科注射器上的金屬手柄或用于根管銼的無菌盒。 PEEK之所以適用于此，是因為該聚合物可承受高達3000次高壓釜滅菌循環（通常在130°C），并在熱水、蒸汽、溶劑或化學品中保持優異的機械強度和水解穩定性。
PEI/ULTEM--PEEK的替代方案
雖然軍工、制藥、石化或食品包裝等行業對PEEK零件需求呈指數級增長，但因其成本較高，使其距離非工業領域還很遙遠。幸運的是，對于所有的消費者來說，還有另一種選擇：ULTEM--聚醚酰亞胺（PEI）的衍生物。
聚醚酰亞胺（PEI）是一種無定形、琥珀到透明的熱塑性塑料。雖然PEEK和PEI這兩種材料具有相似的耐高溫性，但它們來自不同的熱塑性家庭。PEEK有一個多樣化的塑料家族，PEIs，分子結構中缺乏酮。
GE的塑料部門于1982年制定了PEI。2007年，SABIC購買了它供使用。除了ULTEM和ULTEM變體之外，它沒有主要的家族成員，這些變體通常較便宜，但也有一些不同的特性，例如沖擊強度和可用溫度稍低。
盡管這可能使其在極端條件下顯得不那么實用，但在過去幾年中，ULTEM的制造商SABIC已獲得多項航空航天認證，使其成為商用飛機3D打印性能塑料零件的首選材料。
基于PEI的材料由許多制造商以其各自的商標名出售。如SABIC（Ultem），Ensinger（Tecapei），RTP（RTP PEI）或Quadrant（Duratron）。
PEEK的3D打印技巧：
隨著允許高噴嘴溫度和加熱床的3D打印機的興起，使用PEEK的3D打印允許構造更復雜的設計幾何形狀，這是使用其他技術無法生產的。它也是熔融沉積成型（FDM）的理想選擇，因為它具有低吸濕性，特別是與其他常見材料（如ABS）相比。
以下是使用PEEK或PEI進行3D打印時要記住的幾個基本提示和技巧：
1、一致的溫度
PEEK / PEI在波動或不穩定的溫度下反應不佳。因此，如果沒有必要，強烈建議使用帶有密封室的打印機。為了在3D打印PEEK / PEI時獲得最佳效果，我們建議您將3D打印機保持在溫度變化最小的環境中，并遠離太陽輻射和頻繁出現的區域。
2、小心斑點
有時用戶在使用PEEK / PEI打印時會遇到黑斑。雖然這可能有許多原因，但最常見的解釋是所使用的打印材料的雜質或3D打印機在處理所需溫度時遇到問題。
3、保持噴嘴清潔
打印過程完成后，應經常清潔噴嘴，從噴嘴中取出所有剩余材料，否則噴嘴可能會被堵塞并最終導致斑點。
4、注意結晶
有時，使用PEEK / PEI材料進行打印時，可能會發生不適當的結晶。如果打印的部分顏色不同，例如褐色變色而不是默認的米色，則這可能表明結晶不正確。這可能是由于打印過程中溫度波動造成的。
5、在干燥的地方存放絲材
當您不使用PEEK / PEI進行3D打印時，應將材料放在袋子中并存放在陰涼、干燥和黑暗的地方。通過這樣做，您將保持材料的質量，并確保您將獲得最佳打印結果。
